一种变频微波发生源灯丝电流控制装置的制作方法

本发明涉及变频微波电源技术领域，特别是涉及一种变频微波发生源灯丝电流控制装置。

背景技术：

1.5kw以上大功率微波变频电源为了能够灵活控制灯丝电流，都是在阴极高压端设计独立给灯丝供电的电源，可以方便的调节灯丝电流。

1.5kw以下的小功率微波变频电源为了节省成本以及为了结构紧凑，灯丝供电取自阴极高压变压器的一个绕组，也就是说高压变压器二次侧有两个绕组，一个是给阴极提供高压，另一个给灯丝供电，这样就造成小功率微波变频电源先天不足：当启动时为了让灯丝快速热起来，达到发射电子的温度，就需要加大变压器的功率输出提供足够的电流给灯丝，而此时磁控管没有启动起来，阴极高压相当于开路，造成高压输出非常高，甚至临近磁控管的击穿电压，每一次启动都是对磁控管一次伤害；当磁控管启动起来，长时间工作后又会出现灯丝电流过小情况，因磁控管工作后，磁控管会发热，即使对其采取冷却措施，但磁控管外表仍然温度会达到八九十度以上，其阻抗特性是负温特性，磁控管温度越高其阻抗越低，为了保持磁控管功率不变，根据功率公式p＝u²/z，当z变小时，变频电源需要提高频率，加大主变压器的内阻，降低高压输出即u变小来保持功率不变，由于高压与灯丝供电这两个绕组绕制作在一个变压器上，电源降低u的输出，灯丝电流就被动降低了，这样随着磁控管长时间工作，其温度缓慢持续上升阴极阻抗逐渐下降，变频电源控制主变压器不断加大内阻，降低输出电压，灯丝电流不断被动降低，所产生的阴极温度会降到发射电子的临界状态，促使电子发射不连续，微波输出由连续波变为断续波，甚至出现磁控管跳模等故障现象。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种变频微波发生源灯丝电流控制装置，以实现磁控管的快速启动及启动后稳定灯丝电流。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种变频微波发生源灯丝电流控制装置，包括：场效应管、第一二极管、高压隔离驱动模块和微波变频电路；

所述高压隔离驱动模块与所述场效应管相连，所述高压隔离驱动模块用于控制所述场效应管的开通和关闭；

所述微波变频电路包括磁控管以及主变压器的灯丝绕组单元；所述场效应管和所述第一二极管串联形成串联支路，所述串联支路与所述灯丝绕组单元并联；所述灯丝绕组单元与所述磁控管相连，所述场效应管用于调节所述磁控管内部灯丝电流；其中，所述灯丝绕组单元为所述主变压器的输出绕组。

可选的，所述第一二极管为肖特基二极管。

可选的，所述高压隔离驱动模块设有第一输入端，第二输入端，第三输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输出端与所述场效应管的栅极连接；所述第二输出端与所述场效应管的源极连接；所述第一输入端为灯丝电流控制端；所述第二输入端为高压隔离驱动模块供电输入端；所述第三输入端为接地端。

可选的，所述灯丝绕组单元设有第一灯丝绕组子单元、第二灯丝绕组子单元和第三灯丝绕组子单元；

所述第一灯丝绕组子单元的输入端、所述第二灯丝绕组子单元的输入端和所述第三灯丝绕组子单元的输入端通过灯丝绕组连接在一起；所述场效应管的源极与所述第一二极管的一端连接形成串联支路；所述串联支路分别与所述第一灯丝绕组子单元、所述第二灯丝绕组子单元并联后，所述第一二极管的另一端、所述第一灯丝绕组子单元的输出端和所述第二灯丝绕组子单元的输出端连接成共同输出端，且所述共同输出端与所述磁控管的灯丝一端连接；所述第三灯丝绕组子单元的输出端与所述磁控管的灯丝另一端及阴极连接。

可选的，所述第一灯丝绕组子单元包括电感以及与所述电感串联的第二二极管；其中，所述电感的一端为所述第一灯丝绕组子单元的输入端，所述电感的另一端与所述第二二极管的一端连接，所述第二二极管的另一端为所述第一灯丝绕组子单元的输出端。

可选的，所述第二灯丝绕组子单元为第三二极管。

可选的，所述微波变频电路还包括输入绕组和阴极高压绕组；所述输入绕组为所述主变压器的输入绕组；所述阴极高压绕组为主变压器的输出绕组。

可选的，所述微波变频电路还包括倍压整流模块，所述倍压整流模块与所述阴极高压绕组相连。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种变频微波发生源灯丝电流控制装置，在灯丝绕组单元上并联场效应管，通过高压隔离驱动模块控制场效应管的开通和关闭，实现调节灯丝中的电流，从而解决磁控管启动困难的问题及稳定灯丝电流保障磁控管微波发射稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例变频微波发生源灯丝电流控制装置示意图；

图2为本发明实施例变频微波发生源灯丝电流控制装置高压隔离驱动模块电路图。

符号说明：

q7-场效应管；d012-第一二极管；d08-第二二极管；d09-第三二极管；l-电感；r010-固定负载；t1-主变压器；1-第一输入端；2-第二输入端；3-第三输入端；4-第一输出端；5-第二输出端；6-第一灯丝绕组子单元；7-第二灯丝绕组子单元；8-第三灯丝绕组子单元；9-阴极高压绕组；10-输入绕组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种变频微波发生源灯丝电流控制装置，以实现磁控管的快速启动及启动后稳定灯丝电流。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种变频微波发生源灯丝电流控制装置，包括：场效应管q7、高压隔离驱动模块和微波变频电路；其中，微波变频电路为现有技术。

高压隔离驱动模块与场效应管q7相连，高压隔离驱动模块用于控制场效应管q7的开通和关闭；

微波变频电路包括磁控管以及主变压器t1的灯丝绕组单元；场效应管q7和第一二极管d012串联形成串联支路，串联支路与灯丝绕组单元并联；灯丝绕组单元与磁控管相连，场效应管q7用于调节磁控管内部灯丝中的电流；其中，灯丝绕组单元为主变压器t1的输出绕组。微波变频电路还包括其他控制电路与主电路，均为现有技术。

此外，场效应管q7与第一二极管d012串联后再与灯丝绕组单元并联，通过高压隔离驱动模块控制场效应管q7的开通和关闭，利用占空比不同得到第一灯丝绕组子单元两端不同的压降，从而调节灯丝两端电压，实现改变灯丝中的电流，高压隔离驱动模块设有第一输入端1，第二输入端2，第三输入端3、第一输出端4和第二输出端5；第一输出端4与场效应管q7的栅极连接；第二输出端5与场效应管q7的源极连接；第一输入端1为灯丝电流控制端；第二输入端2为高压隔离驱动模块供电输入端；第三输入端3为接地端。其中，第一输入端1与外界的灯丝电压控制电路相连。

另外，灯丝绕组单元设有第一灯丝绕组子单元6、第二灯丝绕组子单元7和第三灯丝绕组子单元8。

第一灯丝绕组子单元6的输入端、第二灯丝绕组子单元7的输入端和第三灯丝绕组子单元8的输入端通过灯丝绕组连接在一起；场效应管q7的源极与第一二极管d012的一端连接形成串联支路；串联支路分别与第一灯丝绕组子单元6、第二灯丝绕组子单元7并联后，第一二极管d012的另一端、第一灯丝绕组子单元6的输出端和第二灯丝绕组子单元7的输出端连接成共同输出端，且共同输出端与磁控管的灯丝一端连接；第三灯丝绕组子单元8的输出端与磁控管的灯丝另一端及阴极连接。

优选的，第一灯丝绕组子单元6包括电感l以及与电感l串联的第二二极管d08；其中，电感l的一端为第一灯丝绕组子单元6的输入端，电感l的另一端与第二二极管d08的一端连接，第二二极管d08的另一端为第一灯丝绕组子单元6的输出端。

作为一种可行的具体实施方式，第二灯丝绕组子单元7为第三二极管d09。

进一步地，微波变频电路还包括输入绕组10和阴极高压绕组9；输入绕组10为主变压器t1的输入绕组10；阴极高压绕组9为主变压器t1的输出绕组。

为了实现阴极高压供电，微波变频电路还包括倍压整流模块，倍压整流模块与阴极高压绕组9相连。

优选的，所述高压隔离驱动模块的作用是将低压端的控制信号安全地传递到阴极高压端实现控制场效应管q7。现有多种电路可以实现高压隔离驱动模块的效果，本发明提供一种可实施电路，具体如下：

如图2所示，高压隔离驱动模块包括高压隔离光耦u1和高压隔离dc-dcu2；高压隔离光耦u1包括第四二极管和光敏三极管；第四二极管的阳极通过第一电阻r1形成第一输入端1；光敏三极管的发射极通过第三电阻r3形成第一输出端4和第二输出端5；即光敏三极管的发射极通过第三电阻r3分别与场效应管q7的栅极和源极连接。光敏三极管的发射极还通过第二电阻r2接地。其中，高压隔离光耦的型号为cny64。

高压隔离dc-dcu2的一端与供电电源连接，另一端形成第二输入端2。其中，高压隔离dc-dcu2为隔离电源模块，高压隔离dc-dcu2的型号为b1212s-1w。

高压隔离驱动模块还预留第三输入端3，即接地端。为了更符合实际应用，第一二极管d012、第二二极管d08和第三二极管d09均为肖特基二极管。

此外，倍压整流模块的负端经过灯丝绕组单元的第三灯丝绕组子单元8连接到磁控管内部的灯丝一端及阴极。倍压整流模块的正端接地。

微波变频电路还设有固定负载r010，固定负载r010的一端与场效应管q7的源极和第一二极管d012串联后、第一灯丝绕组子单元6的输出端和第二灯丝绕组子单元7的输出端连接成的共同输出端相连；固定负载r010的另一端与第三灯丝绕组子单元8的输出端相连。固定负载r010的作用是防止灯丝电源与磁控管连接线路开路形成空载，造成输出电压过高进而击穿第二二极管d08和第三二极管d09。

本发明提供的装置在启动时，灯丝电流控制电路输出强信号，控制高压隔离驱动模块输出高占空比，开通场效应管，降低第一灯丝绕组子单元两端的压降，提高灯丝电压来提高灯丝电流，灯丝温度提升加快，磁控管的阴极快速达到发射电子的状态，这比目前技术减少了至少2s时间，当磁控管进入正常工作状态后，灯丝电压控制电路输出零信号，控制高压隔离驱动模块输出占空比为零，关断场效应管，提高第一灯丝绕组子单元两端的压降，使灯丝电压降低减小灯丝电流，保护灯丝。现有技术中，当磁控管长时间工作后，根据pid调节上述变频电源频率提高进而限制磁控管阴极高压，当变频电源到达一定频率时，灯丝供电不足造成磁控管阴极发射电子不连续，这是目前变频微波电源技术的一个严重漏洞，不进行升级电路则无法弥补。本发明中的灯丝电流控制电路输出合适的经一定算法的信号，控制高压隔离驱动模块输出合适的占空比，开通场效应管，适当降低第一灯丝绕组子单元两端的压降，提高灯丝电压来提高灯丝电流，维持灯丝温度能足够的达到阴极连续发射电子的状态。

调节灯丝电流的原理：b点电流是灯丝电流。a点到b点的阻抗zab等于场效应管q7串联第一二极管d012后再并联第一灯丝绕组单元的阻抗。通过调节场效应管q7的通断比例，进而调节场效应管q7的有效阻抗，从而也就调节了a点到b点的阻抗zab的大小，在主变压器t1的灯丝绕组电压相同条件下(因灯丝绕组内阻非常小，小于0.01欧姆，所以在此忽略灯丝绕组内阻的影响)，由于a点到b点的阻抗zab的改变，最终改变了b点的电流总和大小。

灯丝供电与阴极高压供电共同使用一个变压器，保留了通用方法的结构紧凑和经济的优点，不改变灯丝供电来源，解决了为了调节灯丝电流单独给灯丝供电需要高压隔离而产生的电源体积增大和成本加大的问题。还能灵活控制灯丝电流，保证灯丝提供足够的热量保持阴极始终在最佳发射电子状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。